DE102011075226A1

DE102011075226A1 - Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs

Info

Publication number: DE102011075226A1
Application number: DE102011075226A
Authority: DE
Inventors: Dr. Christ Thomas
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2012-11-08
Also published as: US20140046592A1; EP2704934B1; WO2012150113A1; CN103313897B; EP2704934A1; US9448082B2; CN103313897A

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs, der wahlweise mindestens in einem ersten, rein verbrennungsmotorischen Betriebsmodus, oder einem zweiten, rein elektromotorischen Betriebsmodus betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn einer Fahrt, bei der eine von einem Start zu einem Ziel führende Fahrtroute feststeht, – die gesamte Fahrtroute nach einer vorgegebenen Logik in mehrere Routenabschnitte zerlegt wird, – aus den Routenabschnitten diejenigen Routenabschnitte selektiert werden, die aufgrund bestimmter Routenabschnittskriterien überhaupt für ein Befahren im zweiten Betriebsmodus in Betracht kommen, – aus den selektierten Routenabschnitten diejenigen identifiziert und im zweiten Betriebsmodus durchfahren werden, bei denen ein Durchfahren im zweiten Betriebsmodus in Summe einen maximalen Verbrauchsvorteil gegenüber einem Befahren im ersten oder in einem anderen Betriebsmodus erbringt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE 10 2006 033 930 A1 der Robert Bosch GmbH ist ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs bekannt, bei dem für eine zu durchfahrende Fahrstrecke zunächst ein Fahrprofil ermittelt wird und der Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine des Hybridantriebs in Abhängigkeit von aus der Ermittlung des Fahrprofils gewonnen Betriebsparametern gesteuert werden. Das „Fahrprofil” kann sich aus einer Vielzahl unterschiedlicher Kenngrößen, wie z. B. Streckenlänge, Höhenprofil, Position von Kreuzungen und/oder Ampelanlagen, Straßenklasse, Höhenprofil etc. ergeben. Ferner können Kenngrößen manuell über ein Navigationssystem vorgegeben werden. Ausdrücklich erwähnt ist, dass die Betriebsstrategie hinsichtlich mindestens eines der Kriterien Kraftstoffverbrauch, Schadstoffemission, Ladezustand und/oder Lebensdauer des elektrischen Speichers ausgewählt wird. Der DE 10 2006 033 930 A1 ist nicht zu entnehmen, wie „vorausschauend” das dort beschriebene Verfahren angelegt ist.
Bei vielen der bekannten Betriebsstrategien für Hybridfahrzeuge ist der „Steuerungshorizont” sehr begrenzt. Bei manchen Betriebsstrategien erfolgt die Steuerung sogar rein situativ, d. h. allein aufgrund momentaner Fahrzustands- bzw. Systemparameter.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs zu schaffen, mit dem sich der Einsatz der im Fahrzeug vorhandenen Antriebsenergie (in Form von Kraftstoff und elektrischer Energie) noch optimaler Einsetzen lässt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist die Erkenntnis, dass eine auf den aktuellen Betriebspunkt des Fahrzeugs ausgelegte Hybridbetriebsstrategie lediglich ein suboptimales Ergebnis liefert. Es wurde erkannt, dass der Steuerungshorizont der Betriebsstrategie deutlich erweitert werden muss, um auch bei längeren Fahrten, bei der eine ganze Tankfüllung oder mehr Kraftstoff verbraucht werden, die Energie optimal eingesetzt wird.
Ein wesentlicher Grundgedanke der Erfindung besteht in der Beschreibung der zugrundeliegenden Aufgabe als „umgekehrtes Rucksackproblem”. Konkret geht es darum, dass der Fahrer eines Hybridfahrzeugs, insbesondere eines so genannten „Plug-In-Hybrids”, den im Fahrzeug befindlichen elektrischen Energiespeicher auflädt und die im Fahrzeug gespeicherte elektrische Energie für „elektrisches Fahren” so einsetzen möchte, dass er möglichst viel Kraftstoff, der zum Antrieb des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs verwendet wird, spart. Hieraus ergibt sich die Frage, welche Routenabschnitte einer vorgegebenen Fahrtroute bevorzugt unter Einsatz des Elektroantriebs des Fahrzeugs befahren werden sollten. Mithin legt die Betriebsstrategie gemäß der Erfindung fest, welche verbrennungsmotorischen Betriebsmodus oder in einem zweiten, rein elektromotorischen Betriebsmodus befahren werden sollten bzw. einem dritten Betriebsmodus (z. B. kombinierter verbrennungsmotorischer und elektromotorischer Betrieb).
Gemäß der Erfindung wird vor Beginn einer Fahrt die Fahrtroute zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt nach einer vorgegebenen Logik in mehrere Routenabschnitte zerlegt. Aus den Routenabschnitten werden diejenigen Routenabschnitte (vor)selektiert, die aufgrund bestimmter Routenabschnittskriterien überhaupt für ein Befahren im zweiten Betriebsmodus, d. h. für ein Befahren im rein elektromotorischen Betrieb in Betracht kommen. Aus diesen selektierten Routenabschnitten wiederum werden diejenigen identifiziert und schließlich im zweiten Betriebsmodus durchfahren, bei denen ein Durchfahren im zweiten Betriebsmodus in Summe einen maximalen Verbrauchsvorteil gegenüber einem Befahren im ersten oder einem anderen Betriebsmodus erbringt.
Wie bereits erwähnt, deckt der Steuerungshorizont eine beliebig lange Fahrtroute ab. Anders ausgedrückt wird unabhängig von der Länge der Fahrtroute stets die gesamte Fahrtroute analysiert, d. h. in einzelne Routenabschnitte zerlegt, hieraus für ein Befahren im zweiten Betriebsmodus in Frage kommende Routenabschnitte selektiert und aus den selektierten Routenabschnitten diejenigen Routenabschnitte identifiziert, bei denen sich in Summe ein maximaler Verbrauchsvorteil bei einem Befahren im zweiten Betriebsmodus gegenüber einem Befahren im ersten oder einem anderen Betriebsmodus ergibt.
Dieses dem ersten Anschein nach einfach erscheinende Betriebskonzept ist insbesondere bei längeren Fahrtrouten von mehreren hundert Kilometern mit einem hohen Rechenaufwand verbunden. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht jedoch darin, dass die Analyse der Fahrtroute auch im Vorfeld einer Fahrt, durchgeführt werden kann.
Das Zerlegen der Fahrtroute in einzelne Routenabschnitte erfolgt nach einer vorgegebenen Logik. Das Zerlegen kann in Abhängigkeit mehrerer unterschiedlicher Zerlegungskriterien erfolgen. Beispielsweise kann nach einer vorgegebenen Logik untersucht werden, mit welcher erwarteten Durchschnittsgeschwindigkeit entlang der Route zu rechnen ist. Streckenabschnitte mit ähnlicher Durchschnittsgeschwindigkeit können dann zu einem längeren Routenabschnitt zusammengefasst werden. Dabei können auch Information wie z. B. Straßentyp (Autobahn, Landstraße, Straße innerhalb geschlossener Ortschaften, Geschwindigkeitsbeschränkungen, Steigungen, Gefälle etc.) eingehen.
Als wesentliches Entscheidungskriterium, ob ein derart gebildeter Routenabschnitt für ein Durchfahren im zweiten Betriebsmodus überhaupt in Betracht kommt, kann die geschätzte Durchschnittsgeschwindigkeit herangezogen werden.
Anschließend wird – anschaulich gesprochen – jedem Routenabschnitt ein „Preisschild” mit zwei Angaben zugeordnet, nämlich

1. der Angabe, wie groß der sich bei einem Durchfahren des Betreffenden Routenabschnitts im zweiten Betriebsmodus gegenüber einem Durchfahren im ersten oder einem anderem Betriebsmodus voraussichtlich ergebende Verbrauchsvorteil ist; und
2. der voraussichtliche Bedarf an elektrischer Energie für ein Durchfahren des betreffenden Routenabschnitts im zweiten Betriebsmodus.

Anschließend ist, wie bereits erwähnt, eine Optimierungsaufgabe zu lösen, die darin besteht, diejenigen Routenabschnitte herauszusuchen, bei denen in Summe der Verbrauchsvorteil gegenüber einem Befahren im ersten oder einem anderen Betriebsmodus maximal ist, wobei die Randbedingung zu berücksichtigen ist, dass der für das Durchfahren der identifizierten Routenabschnitte erforderliche Bedarf an elektrischer Energie höchstens so groß ist, wie die im Energiespeicher des Fahrzeugs vorhandene bzw. zulässigerweise abrufbare elektrische Energie.
Zum Lösen einer derartigen Optimierungsaufgabe gibt es verschiedene bekannte Algorithmen, wie z. B. den Bellman-Ford-Algorithmus, den Greedy-Algorithmus o. ä.
Eine relativ einfache, ingenieurmäßige Heuristik zur Behandlung des Optimierungsproblems könnte darin bestehen, jedem der i Routenabschnitte einen Koeffizienten k_i zuzuordnen, der durch das Verhältnis des Verbrauchsvorteils eines Durchfahrens im zweiten Betriebsmodus gegenüber einem Durchfahren im ersten oder einem anderem Betriebsmodus (Δv_i) und der für ein Durchfahren im zweiten Betriebsmodus benötigten elektrischen Energie beschrieben ist, d. h.
Eine einfache, d. h. mit geringem Rechenaufwand verbundene Herangehensweise bestünde darin, diejenigen Routenabschnitte elektrisch zu durchfahren, bei denen die Koeffizienten k_i am größten sind und für die die im Fahrzeug gespeicherte elektrische Energie ausreicht. Ausdrücklich erwähnt sein, dass es sich hierbei um eine Heuristik handelt, d. h. nicht um eine Lösung, die in jedem Fall mathematisch optimal ist.
Zusammenfassend werden mit der Erfindung folgende Vorteile erreicht:

– Es handelt sich um sehr langfristiges, insbesondere für Plug-in-Fahrzeuge geeignetes Vorschauverfahren,
– die Möglichkeit einer Voranalyse der Fahrtroute vermeidet rechenintensive Operationen in Steuergeräten.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006033930 A1 [0002, 0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs, der wahlweise mindestens in einem ersten, rein verbrennungsmotorischen Betriebsmodus, oder einem zweiten, rein elektromotorischen Betriebsmodus betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn einer Fahrt, bei der eine von einem Start zu einem Ziel führende Fahrtroute feststeht, – die gesamte Fahrtroute nach einer vorgegebenen Logik in mehrere Routenabschnitte zerlegt wird, – aus den Routenabschnitten diejenigen Routenabschnitte selektiert werden, die aufgrund bestimmter Routenabschnittskriterien überhaupt für ein Befahren im zweiten Betriebsmodus in Betracht kommen, – aus den selektierten Routenabschnitten diejenigen identifiziert und im zweiten Betriebsmodus durchfahren werden, bei denen ein Durchfahren im zweiten Betriebsmodus in Summe einen maximalen Verbrauchsvorteil gegenüber einem Befahren im ersten oder in einem anderen Betriebsmodus erbringt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig von der Länge der Fahrtroute stets die gesamte Fahrtroute analysiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ziel von einem Fahrer durch Eingabe über ein Navigationssystem vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifizieren unter Berücksichtigung der Randbedingung erfolgt, dass die für das Durchfahren im zweiten Betriebsmodus in Summe voraussichtlich erforderliche elektrische Energie kleiner ist als die in einem mitgeführten elektrischen Energiespeicher gespeicherte und zulässigerweise abrufbare Energie, insbesondere als die am Start im elektrischen Energiespeicher gespeicherte und zulässigerweise abrufbare elektrische Energie.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden selektierten Routenabschnitt ermittelt wird: – der sich bei einem Durchfahren im zweiten Betriebsmodus gegenüber einem Durchfahren im ersten oder einem anderen Betriebsmodus voraussichtlich ergebende Verbrauchsvorteil und – der voraussichtliche Bedarf an elektrischer Energie für ein Durchfahren des betreffenden Routenabschnitts im zweiten Betriebsmodus.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die die Fahrtroute bildenden Routenabschnitte die jeweils erwartete Durchschnittsgeschwindigkeit nach einer vorgegebenen Logik ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erwartete Durchschnittsgeschwindigkeit als Entscheidungskriterium verwendet wird, ob ein betreffender Routenabschnitt für ein Durchfahren im zweiten Betriebsmodus überhaupt in Betracht kommt.
Hybridfahrzeug mit einer Steuerelektronik, welche nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 arbeitet.